Come funziona il Bluetooth?

Sebbene la tecnologia Bluetooth sia diventata sinonimo di cuffie, è utilizzata per tutti i tipi di dispositivi wireless

Poiché il nostro mondo è diventato sempre più connesso, abbiamo adottato molte tecnologie per aiutarci a rimanere in contatto con i nostri amici e familiari. Uno dei più popolari è la tecnologia Bluetooth, che può essere trovata in molti dei dispositivi che usiamo ogni giorno. La tecnologia wireless collega mouse e tastiere ai nostri computer, connette il telefono cellulare alla nostra auto per usare il vivavoce, oltre che connettersi a smartwatches, elettrodomestici, casse audio multimediali come Alexa.

Quando due dispositivi devono comunicare tra loro, devono concordare una serie di punti prima che la conversazione possa iniziare. Il primo punto di accordo è fisico: parleranno tramite cavi o segnali wireless?

Se usano i cavi, quanti ne servono: uno, due, otto o 25? Una volta decisi gli attributi fisici, sorgono molte altre domande:

  • Quanti dati verranno inviati alla volta? Ad esempio, le porte seriali inviano dati 1 bit alla volta, mentre le porte parallele inviano più bit contemporaneamente.
  • Come si parleranno? Tutte le parti in una discussione elettronica devono sapere cosa significano i bit e se il messaggio che ricevono è lo stesso messaggio che è stato inviato. Ciò significa sviluppare un insieme di comandi e risposte noto come protocollo .

Non essendo necessaria alcuna connessione fisica, il Bluetooth Special Interest Group (SIG) crea standard di tecnologia wireless che i produttori di hardware possono utilizzare quando creano nuovi dispositivi. Con l’evoluzione della tecnologia, lo fa anche la tecnologia delle comunicazioni wireless. Al momento della stesura di questo articolo, ci sono due standard di tecnologia Bluetooth che gli sviluppatori utilizzano per tenerti connesso. Sebbene simili, ci sono sottili differenze che li rendono utili per diverse applicazioni. Impareremo di seguito i due tipi di tecnologia Bluetooth.

Connessioni Bluetooth

La comunicazione wireless è ormai un fenomeno comune. Molti di noi hanno connessioni Internet WiFi nei nostri uffici e nelle nostre case. Ma i dispositivi Bluetooth comunicano direttamente tra loro, invece di inviare traffico attraverso un dispositivo intermedio come un router wireless. Questo rende la vita molto comoda e mantiene il consumo di energia estremamente basso, migliorando la durata della batteria .

I dispositivi Bluetooth comunicano utilizzando onde radio a bassa potenza su una banda di frequenza compresa tra 2,400 GHz e 2,483,5 GHz [fonte: Bluetooth Special Interest Group (SIG) ].

Questa è una delle poche bande messe da parte dall’accordo internazionale per l’uso di dispositivi industriali, scientifici e medici (ISM).

Molti dispositivi che potresti già utilizzare sfruttano questa stessa banda di radiofrequenza, inclusi baby monitor , apriporta per garage e telefoni cordless di ultima generazione . È essenziale assicurarsi che i dispositivi Bluetooth e altre tecnologie di comunicazione wireless non interferiscano tra loro.

Esistono due tipi di tecnologia Bluetooth a partire dal 2020: Bluetooth Low Energy (LE) e Bluetooth Classic (più formalmente noto come Bluetooth Basic Rate/Enhanced Data Rate o BR/EDR) [fonte: Bluetooth SIG ]. Entrambi funzionano utilizzando la stessa banda di frequenza, ma Bluetooth LE è di gran lunga l’opzione più popolare. Richiede molta meno energia per funzionare e può essere utilizzato anche per reti broadcast o mesh oltre a consentire la comunicazione su connessioni punto-punto tra due dispositivi.

La classica tecnologia Bluetooth può fornire una velocità dati leggermente superiore rispetto a Bluetooth LE (3 Mbs rispetto a 1 Mbs o 2 Mbs) ma può essere utilizzata solo per la comunicazione diretta tra due dispositivi utilizzando connessioni punto-punto. Ciascuno dei due tipi di tecnologia Bluetooth ha i suoi particolari punti di forza e i produttori adottano la versione che meglio si adatta alle esigenze del loro prodotto.

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Perché si chiama Bluetooth?
Harald Bluetooth era re di Danimarca alla fine del 900. Riuscì a unire la Danimarca e parte della Norvegia in un unico regno, quindi introdusse il cristianesimo in Danimarca. Ha lasciato un grande monumento, la pietra runica di Jelling, in memoria dei suoi genitori. Fu ucciso nel 986 durante una battaglia con suo figlio, Svend Forkbeard. La scelta di questo nome per lo standard indica quanto siano importanti le aziende della regione nordica (nazioni tra cui Danimarca, Svezia, Norvegia e Finlandia) per l’industria delle comunicazioni, anche se dice poco sul modo in cui funziona la tecnologia.

 

Come funziona la tecnologia Bluetooth

I dispositivi Bluetooth BR/EDR devono essere sempre associati e questa procedura fa sì che ciascuno dei due dispositivi si fidi dell’altro e sia in grado di scambiare dati in modo sicuro, utilizzando la crittografia.

Quando i dispositivi Bluetooth BR/EDR si trovano nel raggio di azione l’uno dell’altro, ha luogo una conversazione elettronica per determinare se si fidano l’uno dell’altro e se hanno dati da condividere, e l’utente di solito non deve premere alcun pulsante o dare un comando: la conversazione elettronica avviene automaticamente. Una volta avvenuta la conversazione, i dispositivi, che siano parte di un sistema informatico o di uno stereo, formano una rete.

Bluetooth LE funziona in modo diverso.

I dispositivi possono anche essere associati per formare una relazione di fiducia tra di loro, ma non tutti i tipi di prodotti lo richiedono. Un dispositivo Bluetooth LE che vuole essere scoperto, trasmette messaggi speciali (noti come pacchetti) in un processo chiamato pubblicità. I pacchetti pubblicitari contengono informazioni utili sul dispositivo pubblicitario. Un altro dispositivo compatibile troverà il dispositivo pubblicitario scansionando (ascoltando) i pacchetti pubblicitari e selezionando quelli che provengono da dispositivi appropriati. Di solito la scansione avviene solo quando l’utente la attiva, ad esempio, premendo un pulsante in un’applicazione per smartphone. In genere all’utente vengono presentati i dettagli dei dispositivi  che sono stati rilevati e quindi ne seleziona uno a cui connettersi.

Le periferiche Bluetooth (ad es. un tracker di attività e uno smartwatch) che sono collegate allo stesso dispositivo centrale (ad es. uno smartphone) formano una rete personale (PAN)piconet che può riempire un intero edificio o può comprendere una distanza non superiore a quella tra lo smartphone in tasca e l’orologio al polso. Una volta stabilita una piconet, i suoi membri saltano le frequenze radio all’unisono in modo da rimanere in contatto tra loro ed evitare di interferire con altre piconet Bluetooth che potrebbero funzionare nella stessa stanza o dispositivi che utilizzano altre tecnologie wireless come il WiFi. La tecnologia Bluetooth apprende anche quali canali radio funzionano bene e quali stanno subendo interferenze, in modo che possa evitare dinamicamente i canali difettosi e utilizzare solo i canali privi di interferenze. Questo processo, chiamato salto di frequenza adattivo, consente ai dispositivi Bluetooth di funzionare davvero bene, anche in ambienti in cui è presente un numero molto elevato di dispositivi wireless in funzione.

Gamma Bluetooth

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Sebbene molti pensino al Bluetooth principalmente come una tecnologia a corto raggio, può anche essere utilizzato per connettere dispositivi a più di un chilometro di distanza [fonte: Bluetooth SIG ]. Infatti, molti tipi di prodotti come le cuffie wireless, richiedono che il raggio di comunicazione dei dispositivi sia molto breve. Ma poiché la tecnologia Bluetooth è molto flessibile e può essere configurata in base alle esigenze dell’applicazione, i produttori possono regolare le impostazioni Bluetooth sui propri dispositivi, per ottenere la portata di cui hanno bisogno e allo stesso tempo massimizzare la durata della batteria e ottenere la migliore qualità del segnale.

Diversi fattori influenzano la portata dei dispositivi Bluetooth:

  • Spettro radio : la banda di frequenza della tecnologia Bluetooth lo rende una buona scelta per la comunicazione wireless.
  • Livello fisico (PHY) : definisce alcuni aspetti chiave di come la radio viene utilizzata per trasmettere e ricevere dati come la velocità dei dati, il modo in cui viene eseguita la rilevazione e la correzione degli errori, la protezione dalle interferenze e altre tecniche che influenzano la chiarezza del segnale su diverse gamme.
  • Sensibilità del ricevitore : la misura della potenza minima del segnale alla quale un ricevitore può ancora ricevere e decodificare correttamente i dati.
  • Potenza di trasmissione : come ci si può aspettare, maggiore è la potenza del segnale trasmesso, maggiore è la portata che può essere raggiunta. Ma aumentando la potenza di trasmissione si esaurirà anche la batteria più velocemente.
  • Guadagno dell’antenna : essenzialmente, questo sta cambiando i segnali elettrici dal trasmettitore in onde radio e viceversa all’estremità ricevente.
  • Perdita di percorso : diversi fattori possono indebolire il segnale, inclusa la distanza, l’umidità e il mezzo attraverso il quale viaggia (come legno, cemento o metallo).

Uno dei più recenti aggiornamenti della tecnologia Bluetooth ha introdotto una tecnica chiamata correzione degli errori in avanti (FEC ) per migliorare la sensibilità del ricevitore. FEC corregge gli errori di dati rilevati all’estremità ricevente e migliora la portata effettiva di un dispositivo di quattro o più volte senza dover utilizzare più potenza di trasmissione. Ciò significa che un dispositivo può ricevere correttamente i dati quando si trova a una distanza molto più lunga dal trasmettitore, dove il segnale sarà molto più debole [fonte: Bluetooth SIG ].

Sicurezza Bluetooth

La tecnologia Bluetooth include una serie di misure di sicurezza in grado di soddisfare anche i requisiti di sicurezza più rigorosi come quelli inclusi nei Federal Information Processing Standards (FIPS).

Quando configurano un nuovo dispositivo, gli utenti in genere seguono un processo chiamato accoppiamento . L’associazione dota ogni dispositivo, di chiavi di sicurezza speciali e fa sì che si fidino l’uno dell’altro. Un dispositivo che richiede l’associazione, non si connetterà a un altro dispositivo con cui non è stato associato.

Questi token di sicurezza consentono alla tecnologia Bluetooth di proteggere i dati e gli utenti in diversi modi. Ad esempio, i dati scambiati tra dispositivi possono essere crittografati in modo che non possano essere letti da altri dispositivi. Può anche consentire di camuffare e modificare ogni pochi minuti l’indirizzo che funge da identità di un dispositivo e che è incluso negli scambi di dati wireless. Ciò protegge gli utenti dal rischio di essere tracciati utilizzando i dati trasmessi dai loro dispositivi elettronici personali.

Se possiedi dispositivi abilitati Bluetooth, avrai sicuramente sperimentato tu stesso questa funzionalità. Ad esempio, se acquisti un mouse cordless, la prima volta che lo accendi, lo abbini al dispositivo con cui prevedi di usarlo. Potresti accendere il mouse, quindi andare alle impostazioni Bluetooth sul tuo computer per accoppiare il dispositivo una volta che vedi il suo nome in un elenco di accessori Bluetooth nelle vicinanze. Un computer può gestire molte connessioni Bluetooth contemporaneamente in base alla progettazione. Potresti voler usare un mouse, una tastiera e delle cuffie senza fili.

I produttori di questi accessori, tuttavia, limiteranno le connessioni a uno alla volta. Vuoi che la tua tastiera digiti solo sul tuo computer o che le tue cuffie ascoltino specificamente il tuo telefono. Alcuni consentono all’utente di associare il dispositivo a più computer, tablet o telefoni, ma possono essere autorizzati a connettersi solo con uno alla volta. Tutto dipende da ciò che il produttore ha deciso fosse ragionevole per il loro prodotto.

Alcuni dispositivi richiedono un codice per la sicurezza durante l’associazione con un altro dispositivo. Questo è un esempio di autenticazione e garantisce che il dispositivo con cui stai impostando quella relazione di fiducia sia quello che pensi che sia, piuttosto che un altro dispositivo da qualche altra parte nell’ambiente. Ad esempio, molte auto consentono di rispondere alle chiamate senza togliere le mani dal volante. La prima volta che si desidera utilizzare questa funzione, sarà necessario associare il telefono e l’impianto audio dell’auto utilizzando il display dell’auto e il proprio smartphone. L’auto ti fornisce un numero da digitare. Il tuo telefono ti informa che un dispositivo desidera accoppiarsi utilizzando un codice numerico. Immettere il codice dal display per confermare che si tratta di un accoppiamento autorizzato. Successivamente, puoi utilizzare il sistema telefonico vivavoce senza mai dover eseguire nuovamente l’associazione.

L’utente ha anche il controllo sulla visibilità di un dispositivo su altri dispositivi Bluetooth. Su un computer o uno smartphone, ad esempio, puoi anche semplicemente impostare la modalità Bluetooth del dispositivo su “non rilevabile” o semplicemente disabilitare il Bluetooth fino a quando non ne avrai più bisogno.

Domande frequenti sul Bluetooth

Qual è la differenza tra WiFi e Bluetooth?

WiFi e Bluetooth sono entrambe tecnologie wireless per la connessione di dispositivi, ma mentre il Wifi viene utilizzato principalmente per connettere i dispositivi a Internet, il Bluetooth viene utilizzato per trasferire dati tra dispositivi elettronici su brevi distanze.

Che cos’è un driver Bluetooth?

Un driver Bluetooth consente la comunicazione wireless tra un laptop, computer desktop o tablet abilitato Bluetooth e altri dispositivi abilitati Bluetooth come mouse, tastiera e cuffie. In genere è in grado di gestire l’associazione con più dispositivi Bluetooth contemporaneamente.

Quali dispositivi utilizzano il Bluetooth?

Il Bluetooth è stato inventato come alternativa wireless a tastiere, cuffie e altoparlanti cablati. Ora, il Bluetooth è ampiamente utilizzato, dal collegamento dei nostri telefoni alle nostre auto, dalle nostre cuffie ai nostri telefoni e nei gadget per la sicurezza domestica intelligente.

Chi regola la tecnologia Bluetooth?

Il Bluetooth Special Interest Group (SIG) crea standard di tecnologia wireless che i produttori di hardware possono utilizzare quando creano nuovi dispositivi.

Qual è l’ultima versione Bluetooth?

Bluetooth 5.2 è l’ultima versione dello standard di comunicazione wireless Bluetooth. Inoltre, nel gennaio 2020 SIG ha annunciato un nuovo standard Bluetooth per l’audio chiamato LE (Low Energy) Audio.

Come si aggiunge il Bluetooth a un PC?

La maggior parte dei PC ha già il Bluetooth integrato, quindi controlla bene che il tuo non lo sia prima di acquistare qualcosa. Se devi aggiungere il Bluetooth, avrai bisogno di una porta USB libera. Acquista un adattatore USB Bluetooth o un dongle e collegalo alla porta, quindi scarica i driver dal sito Web del produttore dell’adattatore (o potrebbe richiederti di farlo da solo). Una volta fatto, dovresti essere in grado di accoppiare i tuoi dispositivi Bluetooth e iniziare a usarli.

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